本發(fā)明涉及廢水處理，特別是涉及一種顆粒污泥與陶瓷膜破除絡(luò)合物的重金屬廢水處理方法。

背景技術(shù)：

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國每年產(chǎn)生約400億噸的工業(yè)廢水，其中重金屬廢水約占60％。重金屬污染物嚴(yán)重污染地表水和地下水，并通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康。因此，國家制定了《重金屬污染物綜合防治“十二五”規(guī)劃》，重金屬廢水的治理已刻不容緩。

隨著表面處理技術(shù)的發(fā)展，電鍍、化學(xué)鍍被廣泛應(yīng)用，在這些工藝中會(huì)大量使用絡(luò)合劑，使得重金屬廢水的成分更加復(fù)雜。以電鍍行業(yè)的重金屬廢水為例，電鍍廢水中含有銅、鎳、鉻、鋅、鎘等重金屬離子，氰化物、EDTA、表面活性劑、光亮劑和防染鹽等污染物。其中，重金屬離子容易與氰化物、EDTA或其余有機(jī)絡(luò)合劑形成絡(luò)合物，該絡(luò)合態(tài)重金屬一般具有較高的水溶性，且在廣泛的pH范圍內(nèi)均能穩(wěn)定存在，用常規(guī)的化學(xué)沉淀法難以將其取出，處理工藝出水無法滿足排放要求。

現(xiàn)有的處理絡(luò)合重金屬廢水的方法主要可分為兩類：一是破除絡(luò)合劑后用普通的重金屬離子沉淀劑進(jìn)行沉淀，或是采用較原絡(luò)合離子絡(luò)合常數(shù)大得多的、絡(luò)合后可產(chǎn)生沉淀的藥劑，強(qiáng)行地從原絡(luò)離子中置換金屬離子，生成絡(luò)合沉淀以去除重金屬。這兩類方法都是通過使廢水中呈溶解狀態(tài)的絡(luò)合重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿闹亟饘倩衔?，再?jīng)沉淀或浮選從廢水中除去，具體方法有硫化物沉淀法、螯合沉淀法、Fenton氧化法、鐵屑還原法等。但是，這種方法形成的顆粒絮體較小，需要投加大量的混凝劑、助凝劑以及充足的沉淀時(shí)間才能使顆粒沉淀，且產(chǎn)泥量較大，處理效果不穩(wěn)定。二是將廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行吸附和分離，具體方法有吸附法、離子交換法等。但是，吸附劑和離子交換樹脂均容易飽和，再生難度較大，不易操作管理，不利于廢水處理站的長期運(yùn)行。

近年來，膜技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)水處理的方式，利用膜的強(qiáng)分離截留作用，可將一定粒徑范圍的污染物完全去除。按照膜孔徑來劃分，膜技術(shù)可分為微濾、超濾、納濾及反滲透。其中，納濾和反滲透都可以直接攔截離子態(tài)物質(zhì)，但操作壓力較大，能耗較高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)有一定的要求。超濾作為截留顆粒態(tài)物質(zhì)的過濾方式，有著巨大的潛力。若率先通過第一類方法將絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)，即可通過超濾膜進(jìn)行去除，且過濾壓力相對(duì)納濾及反滲透要低得多。

膜技術(shù)按照材料的性質(zhì)來劃分，則可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。當(dāng)前所用的超濾膜大多為有機(jī)膜，其機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性較差，使用年限短。無機(jī)膜的出現(xiàn)彌補(bǔ)了有機(jī)膜這一缺點(diǎn)。無機(jī)膜中的陶瓷膜具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠耐受極端污染環(huán)境和清洗條件，在水處理中的應(yīng)用日漸增多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種去除絡(luò)合物的重金屬廢水處理系統(tǒng)和方法，有效去除絡(luò)合態(tài)重金屬離子，同時(shí)避免現(xiàn)有技術(shù)因投加絮凝劑和助凝劑所導(dǎo)致的產(chǎn)泥量大的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種去除絡(luò)合物的重金屬廢水處理系統(tǒng)，包括：

攪拌反應(yīng)器，用于使含有絡(luò)合態(tài)重金屬的污泥廢水、pH調(diào)整藥液以及破絡(luò)劑在攪拌下進(jìn)行混合反應(yīng)，使至少部分絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)；

膜分離池，連接所述攪拌反應(yīng)器，所述膜分離池內(nèi)設(shè)置有截留膜，所述截留膜用于對(duì)混合反應(yīng)后的混合液中的顆粒物進(jìn)行截留，截留形成的污泥顆粒層與所述截留膜協(xié)同進(jìn)一步捕獲轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)的重金屬顆粒以及未充分反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子，捕獲物成為所述污泥顆粒層的一部分而參與截留；清水則通過所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。

進(jìn)一步地：

所述膜分離池包括設(shè)置在所述截留膜的下方的污泥排放部，所述污泥顆粒層濃度超出一定范圍后產(chǎn)生的多余污泥顆粒經(jīng)所述污泥排放部排出。

所述污泥排放部包括倒三角泥斗和污泥排放管道，所述多余污泥顆粒借助重力作用落入所述倒三角泥斗中并經(jīng)污泥排放管道排出。

所述膜分離池內(nèi)設(shè)置有曝氣器，由曝氣風(fēng)機(jī)經(jīng)曝氣管道輸氣至所述曝氣器，曝氣形成攪拌作用以提高所述膜分離池內(nèi)的污泥顆粒層濃度均勻性，并形成膜表面的擦洗作用以緩解膜污染。

所述截留膜的膜孔孔徑范圍在25～100nm。

所述pH調(diào)整藥液為堿液和/或強(qiáng)酸，優(yōu)選的堿液為氫氧化鈉或氫氧化鈣，優(yōu)選的酸液為硫酸或鹽酸。

所述截留膜為納米陶瓷膜。

控制所述攪拌反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時(shí)間為約30min。

一種使用所述的重金屬廢水處理系統(tǒng)去除絡(luò)合物的重金屬廢水處理方法，包括：

通過所述攪拌反應(yīng)器將含有絡(luò)合態(tài)重金屬的污泥廢水、pH調(diào)整藥液以及破絡(luò)劑進(jìn)行攪拌，使其發(fā)生混合反應(yīng)，在適當(dāng)?shù)膒H值環(huán)境下使至少部分絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)；

含有污泥顆粒的混合液進(jìn)入膜分離池，通過所述截留膜對(duì)混合液中的顆粒物進(jìn)行截留，截留形成的污泥顆粒層與所述截留膜協(xié)同進(jìn)一步捕獲轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)的重金屬顆粒以及未充分反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子，捕獲物成為所述污泥顆粒層的一部分而參與截留；清水則通過所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。

進(jìn)一步地，根據(jù)廢水中含有的絡(luò)合基團(tuán)種類，選擇合適的pH值與相應(yīng)的破絡(luò)劑，在所述攪拌反應(yīng)器中采用一級(jí)投加的方式來投加所述pH值調(diào)整液和所述破絡(luò)劑，使絡(luò)合態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)重金屬即可，不需要投加混凝劑和絮凝劑。

本發(fā)明的有益效果：

根據(jù)本發(fā)明的原理，可按照原絡(luò)合離子種類，投加pH調(diào)整劑將pH值調(diào)整至合適范圍，并根據(jù)重金屬離子濃度投加破絡(luò)劑，使絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)，利用污泥顆粒層捕獲這些重金屬顆粒和未充分反應(yīng)的絡(luò)合重金屬離子，利用納米陶瓷膜截留污泥顆粒的辦法，能夠完全去除廢水中的絡(luò)合態(tài)重金屬，使處理出水各重金屬濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到GB21900-2008中表3標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，陶瓷膜的截留使得污泥顆粒層高度濃縮，使其具有更強(qiáng)的捕獲重金屬的能力，實(shí)現(xiàn)污泥顆粒與納米陶瓷膜的協(xié)同破絡(luò)作用。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)所沒有解決的以下問題：

1.消除原水水質(zhì)對(duì)處理效果的影響，使絡(luò)合態(tài)重金屬離子反應(yīng)充分，絡(luò)合態(tài)重金屬離子得到完全去除；

2.消除因投加絮凝劑和助凝劑所導(dǎo)致產(chǎn)泥量大的問題；

3.減少處理工藝的占地面積、一次投資費(fèi)用以及運(yùn)行費(fèi)用，且在新建工程和改建工程均容易實(shí)現(xiàn)，操作簡便，極易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，運(yùn)行維護(hù)方便。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下具體優(yōu)點(diǎn)：

1)產(chǎn)泥量減少，污泥資源化利用。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，本發(fā)明無需投加絮凝劑、助凝劑等藥液，產(chǎn)泥量大大幅度減少，重金屬純度高，可用于重金屬污泥資源化回收。

2)減少占地面積。本發(fā)明實(shí)施時(shí)，僅需要破絡(luò)反應(yīng)池、膜分離池和清水箱，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，工藝流程縮短，占地面積相應(yīng)減少。

3)操作簡便，極易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該裝置需要控制的參數(shù)僅為pH值和ORP值，二者的控制在實(shí)際工程中可控性較高。

4)處理效果好，受原水水質(zhì)影響較小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的重金屬廢水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1-廢水輸送管道；2-攪拌反應(yīng)器；3-攪拌機(jī)；4-pH調(diào)整劑輸送管道；5-破絡(luò)劑輸送管道；6-混合液輸送管道；7-膜分離池；8-納米陶瓷膜；9-膜出水抽吸管道；10-膜抽吸泵；11-膜出水輸送管道；12-清水箱；13-清水排放管道；14-曝氣器；15-曝氣管道；16-曝氣風(fēng)機(jī)；17-污泥排放管道。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

參閱圖1，在一種實(shí)施例中，一種去除絡(luò)合物的重金屬廢水處理系統(tǒng)，包括攪拌反應(yīng)器2和膜分離池7。攪拌反應(yīng)器2具有攪拌機(jī)3，攪拌反應(yīng)器2用于使含有絡(luò)合態(tài)重金屬的污泥廢水、pH調(diào)整藥液以及破絡(luò)劑在攪拌下進(jìn)行混合反應(yīng)，在適當(dāng)?shù)膒H值環(huán)境下使至少部分絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)；膜分離池7，連接所述攪拌反應(yīng)器2，所述膜分離池7內(nèi)設(shè)置有截留膜，優(yōu)選為納米陶瓷膜8，所述納米陶瓷膜8用于對(duì)混合反應(yīng)后的混合液中的顆粒物進(jìn)行截留，截留形成的污泥顆粒層與所述納米陶瓷膜8協(xié)同進(jìn)一步捕獲轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)的重金屬顆粒以及未充分反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子，捕獲物成為所述污泥顆粒層的一部分而參與截留；清水則通過所述納米陶瓷膜8的膜孔，由膜抽吸泵10抽送至清水箱12。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述納米陶瓷膜8分離池包括設(shè)置在所述納米陶瓷膜8的下方的污泥排放部，所述污泥顆粒層濃度超出一定范圍后產(chǎn)生的多余污泥顆粒經(jīng)所述污泥排放部排出。

在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述污泥排放部包括倒三角泥斗和污泥排放管道17，所述多余污泥顆粒借助重力作用落入所述倒三角泥斗中并經(jīng)污泥排放管道17排出。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述膜分離池7內(nèi)設(shè)置有曝氣器14，由曝氣風(fēng)機(jī)16經(jīng)曝氣管道輸氣至所述曝氣器14，曝氣形成攪拌作用以提高所述膜分離池7內(nèi)的污泥顆粒層濃度均勻性，并形成對(duì)膜表面的擦洗作用以緩解膜污染。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述納米陶瓷膜8的膜孔孔徑范圍在25～100nm。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述pH調(diào)整藥液為堿液和/或強(qiáng)酸，優(yōu)選的堿液為氫氧化鈉或氫氧化鈣，優(yōu)選的酸液為硫酸或鹽酸。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，形成的所述污泥顆粒層的SS濃度為10000～15000mg/L。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，控制所述攪拌反應(yīng)器2內(nèi)的水力停留時(shí)間為約30min。

參閱圖1，在另一種實(shí)施例中，一種使用前述任一實(shí)施例的重金屬廢水處理系統(tǒng)去除絡(luò)合物的重金屬廢水處理方法，包括：

通過所述攪拌反應(yīng)器2將含有絡(luò)合態(tài)重金屬的污泥廢水、pH調(diào)整藥液以及破絡(luò)劑進(jìn)行攪拌，使其發(fā)生混合反應(yīng)，在適當(dāng)?shù)膒H值環(huán)境下使至少部分絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)；

含有污泥顆粒的混合液進(jìn)入納米陶瓷膜8分離池，通過所述納米陶瓷膜8對(duì)混合液中的顆粒物進(jìn)行截留，截留形成的污泥顆粒層與所述納米陶瓷膜8協(xié)同進(jìn)一步捕獲轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)的重金屬顆粒以及未充分反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子，捕獲物成為所述污泥顆粒層的一部分而參與截留；清水則通過所述納米陶瓷膜8的膜孔，由膜抽吸泵10抽送至清水箱12。

進(jìn)一步地，根據(jù)廢水中含有的絡(luò)合基團(tuán)種類，選擇合適的pH值與相應(yīng)的破絡(luò)劑，在所述攪拌反應(yīng)器2中采用一級(jí)投加的方式來投加所述pH值調(diào)整液和所述破絡(luò)劑，使絡(luò)合態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)重金屬即可，不需要投加混凝劑和絮凝劑。

根據(jù)本發(fā)明，可以按原絡(luò)合離子種類，投加pH調(diào)整劑將pH值調(diào)整至合適范圍，并根據(jù)重金屬離子濃度投加破絡(luò)劑，使絡(luò)合態(tài)重金屬離子轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)，利用污泥顆粒層捕獲這些重金屬顆粒和未充分反應(yīng)的絡(luò)合重金屬離子，利用納米陶瓷膜截留污泥顆粒的辦法，能夠完全去除廢水中的絡(luò)合態(tài)重金屬，使處理出水各重金屬濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到GB21900-2008中表3標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，陶瓷膜的截留使得污泥顆粒層高度濃縮，使其具有更強(qiáng)的捕獲重金屬的能力，實(shí)現(xiàn)污泥顆粒與納米陶瓷膜的協(xié)同破絡(luò)作用。

該方法在調(diào)整pH值時(shí)投加pH調(diào)整藥劑，一般為強(qiáng)堿(氫氧化鈉或氫氧化鈣)或者強(qiáng)酸(硫酸或鹽酸)，這是因?yàn)槠平j(luò)反應(yīng)不一定在堿性條件下發(fā)生，亦有可能在酸性條件下發(fā)生。推薦采用氫氧化鈉和鹽酸。

污泥顆粒層的形成是在運(yùn)行初期，在膜分離池中充滿絡(luò)合態(tài)重金屬離子，然后投加pH調(diào)整藥劑和破絡(luò)劑，利用曝氣攪拌反應(yīng)，使池中存在大量的重金屬顆粒，通過截留膜的高度濃縮，形成污泥顆粒層，顆粒層SS濃度控制在10000～15000mg/L范圍內(nèi)。

在膜分離池的底部設(shè)置倒三角泥斗，運(yùn)行過程中，當(dāng)污泥顆粒層的SS濃度超出10000～15000mg/L范圍時(shí)，多余的重金屬顆粒會(huì)在膜分離池底部的倒三角泥斗中集聚，定期開啟排泥閥，利用重力作用將這些多余的重金屬顆粒排出。處理過程中無投加混凝劑和助凝劑，所排放的污泥中重金屬濃度較高，其純度高于10％，滿足重金屬回收的標(biāo)準(zhǔn)，可將污泥進(jìn)行資源化回收利用。

膜分離池內(nèi)放置納米陶瓷膜組件，其孔徑范圍為25～100nm。利用激光粒度儀對(duì)污泥顆粒層的粒徑分布進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)99.99％以上的污泥顆粒粒徑大于0.1μm，利用孔徑范圍為25～100nm的納米陶瓷膜即可達(dá)到完全截留的效果，對(duì)重金屬污染物去除率接近100％。

在膜分離池底部設(shè)置曝氣器，其作用體現(xiàn)在兩方面：一方面，曝氣攪拌可增強(qiáng)膜分離池內(nèi)的污泥顆粒層濃度均勻性，有利于污泥顆粒層對(duì)絡(luò)合重金屬離子的捕獲；另一方面，空氣氣泡擦洗膜表面能緩解膜污染，降低膜設(shè)備的跨膜壓差，有利于延長膜使用壽命。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，如圖1所示，含有絡(luò)合態(tài)重金屬的廢水經(jīng)廢水輸送管道1進(jìn)入破絡(luò)反應(yīng)池2，與此同時(shí)，pH調(diào)整劑和破絡(luò)劑分別經(jīng)pH調(diào)整劑輸送管道4和破絡(luò)劑輸送管道5進(jìn)入破絡(luò)反應(yīng)池2，在攪拌機(jī)3的攪拌作用下盡可能充分反應(yīng)，其水力停留時(shí)間約30min，使廢水中的大部分絡(luò)合重金屬轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)，水中僅存小部分未充分反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子。

經(jīng)破絡(luò)后的混合液通過混合液輸送管道6進(jìn)入膜分離池7，混合液中的重金屬顆粒和未充分反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子會(huì)被池中的污泥顆粒層捕獲。

納米陶瓷膜組件8放置在膜分離池7中央，運(yùn)轉(zhuǎn)膜抽吸泵10，使膜出水抽吸管道9形成一定的負(fù)壓，污泥顆粒層被納米陶瓷膜組件8截留，清水則通過膜孔，經(jīng)膜出水抽吸管道9和膜出水輸送管道11抽送至清水箱12，將膜出水儲(chǔ)存于清水箱12中，并通過清水排放管道13排放清水。

曝氣風(fēng)機(jī)16將壓縮空氣經(jīng)曝氣管道15輸送至曝氣器14，實(shí)現(xiàn)曝氣的效果，一方面對(duì)膜分離池內(nèi)的污泥顆粒層作攪拌作用，有利于污泥顆粒層捕重金屬顆粒和未反應(yīng)的絡(luò)合態(tài)重金屬離子，另一方面對(duì)陶瓷膜表面形成的濾餅層有擦洗的作用，以此減輕膜污染。

膜分離池7的底部設(shè)置倒三角泥斗，利用重力作用將多余的污泥顆粒經(jīng)污泥排放管道17將污泥排出。

實(shí)驗(yàn)過程中，采用30m3/d的設(shè)計(jì)(3m3/h，運(yùn)行時(shí)間按10h計(jì))，用于處理拉鏈表面處理的絡(luò)合重金屬廢水，并在穩(wěn)定運(yùn)行后取樣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從測(cè)試結(jié)果來看，本發(fā)明在處理效果的優(yōu)越性和運(yùn)行的穩(wěn)定性方面均擁有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

表1某拉鏈廢水處理站進(jìn)、出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。